Развитие метода корреляции цифровых изображений применительно к механическим испытаниям при повышенных температурах

Развитие метода корреляции цифровых изображений применительно к механическим испытаниям при повышенных температурах

Автор: Струнгарь Е.М., Лобанов Д.С.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 3, 2022 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты экспериментальных исследований по оценке работоспособности бесконтактной оптической видеосистемы Vic-3D и метода корреляции цифровых изображений при испытаниях на растяжение композитов в условиях нормальной и повышенных температур. Проанализированы зависимости регистрируемых значений деформации двумя независимыми методами измерений: метод корреляции цифровых изображений (КЦИ) и навесной экстензометр. Испытания проводились в Центре экспериментальной механики Пермского национального исследовательского политехнического университета на универсальной электромеханической испытательной системе Instron 5882, в состав которой входит термокамера с рабочим диапазоном температур от -100° до +350 °С. Исследовались образцы композиционного материала, изготовленного из стеклотекстолита СТЭФ и углепластика. Испытания на растяжение проводились при температурах 22°, 100°, 120°, 200° и 300 °С. Предложены рекомендации по проведению температурных испытаний с использованием метода КЦИ. По результатам испытаний построены диаграммы деформирования. Получены поля и эпюры продольных деформаций при разных уровнях температур. Проведена подробная оценка мелкодисперсного покрытия, необходимого для реализации метода КЦИ при температурных испытаниях.

Еще

Метод корреляции цифровых изображений, полимерный композиционный материал, экспериментальная механика, напряженно-деформированное состояние, повышенные температуры, испытания на растяжение

Короткий адрес: https://sciup.org/146282544

IDR: 146282544   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2022.3.15

Список литературы Развитие метода корреляции цифровых изображений применительно к механическим испытаниям при повышенных температурах

  • Touchard-Lagattu F., Lafarie-Frenot M.C. Damage and inelastic deformation mechanisms in notched TS and TP laminates // Comp S. C Tech 1996. – Vol. 56 (5). – Р. 557e68.
  • Awerbuch J., Madhukar M.S. Notched strength of composite laminates: predictions and experiments e a review // J Reinf Plast Comp. – 1985. – Vol. 4. – Р. 3e159.
  • Lobanov D.S., Zubova E.M. Temperature aging effects on mechanical behavior of structural GFRP on interlaminar shear tests // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 747. 012119. DOI: 10.1088/1757-899X/747/1/012119.
  • Cowley K.D., Beaumont P.W.R. Damage accumulation at notches and the frac- ture stress of carbon-fibre/polymer composites: combined effects of stress and temperature // Comp S. C Tech. – 1997. – Vol. 57 (9e10). – Р. 1211e9.
  • Wisnom M., Hallett S.R., Soutis C. Scaling effects in notched composites // J Compos Mater. – 2010. – Vol. 44. – Р. 195e210
  • Johnson G.R., Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperature // Proceedings of the 7th international symposium on ballistics. – 1983. – P. 541–7.
  • Lin Y.C., Chen X., Liu G. Amodified Johnson-Cook model for tensile behaviors of typical high-dtrength alloy steel // Mater Sci Eng A. – 2010. – Vol. 527. – Р. 6980–6.
  • Parsons E., Boyce M.C., Parks D.M. An experimental investigation of the large-strain tensile behavior of neat and rubber-toughened polycarbonate // Polymer. – 2004. – Vol. 45. – Р. 2665–84.
  • Sharpe W.N. Strain gages for long-term high-temperature train measurement. Exp Mech. – 1975. – Vol. 15 (12). – Р. 482–8.
  • High temperature strain gages based on reactively sputtered AlNx thin films / O.J. Gregory, A.B. Slot, P.S. Amons, E.E. Crisman // Surf Coat Technol. – 1996. – Vol. 88. – Р. 79–89.
  • Materials for high temperature acoustic and vibration sensors: a review / R.C. Turner, P.A. Fuierer, R.E. Newnham, T.R. Shrout // Appl Acoust. – 1994. – Vol. 41 (4). – Р. 299–324.
  • Sutton M.A., Orteu J.J., Schreier H.W. Image correlation for shape, motion and deformation measurements. – New York: Springer, 2009.
  • In-situ noncontact measurement system for nozzle throat deformation in high-temperature gas heating via laser speckle digital image correlation with wavelet smoothing of displacement field / Fujia Liu, Jianhong Yang, Qianqian Wang, Yang Liu, Hongsen Wang // Measurement. – 2022. – Vol. 201. – Р. 111696.
  • Liping Yu, Bing Pan Time-gated active imaging digital image correlation for deformation measurement at high temperatures // Extreme Mechanics Letters. – 2022. – Vol. 54. – Р. 10176.
  • Deformation measurement in Al thin films at elevated temperatures by digital image correlation with speckles prepared by femtosecond laser / Zhiwen Chen, Guoliang Xu, Qiang Cao, Meng Ruan, Sheng Liu, Huiming Pan, Li Liu // Optics & Laser Technology. – 2022. – Vol. 155. – Р. 108339.
  • Improvement method of high-temperature digital image correlation measurement accuracy based on image processing / Huanqing Wang,Pengxiang Ge,Shuangle Wu, Biao Wang, Yonghong Wang, Xiangsen Kong, Yafei Pang // Measurement. – 2022. – Vol. 190. – Р. 110723.
  • Unveiling damage mechanisms of chromium-coated zirconium- based fuel claddings at LWR operating temperature by in-situ digital image correlation / David C. Roache, Clifton H. Bumgardner, Timothy M. Harrell, Morgan C. Price, Alex Jarama, Frederick M. Heim, Jorie Walters, Benjamin Maier, Xiaodong Li // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 429. – Р. 127909.
  • In situ measurements of the high-temperature mechanical properties of ZrO2-doped YTaO4 ceramic by three-point bending combined with a digital image correlation method / Z.P. Zhou, W.Z. Yuan, W. Zhu, X.P. Hu, Y. Zou,Q. Wu, H.Q. Wei // Ceramics International. – 2022. – Vol. 48, iss. 5. – P. 7159–7167.
  • Lyons J.S., Liu J., Sutton M.A. High-temperature deformation measurements using digital-image correlation // Exp Mech. – 1996. – Vol. 36 (1). – Р. 64–70.
  • Wu L, Zhu J, Xie H. Single-lens 3D digital image correlation system based on a bilateral telecentric lens and a bi-prism: validation and application // Appl Opt. – 2015. – Vol. 54 (26). – Р. 7842–50.
  • Thermo-mechanical properties of metals at elevated temperatures/ B. Koohbor, G. Valeri, A. Kidane, M.A. Sutton // Adv Opt Methods Exp Mech. – 2015. – Vol. 3. – Р. 117–23. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-22446-6_15.
  • Strungar E.M., Lobanov D.S. Mathematical data processing according to digital image correlation method for polymer composites // Frattura ed Integrità Strutturale. – 2020. – Vol. 54. – Р. 56–65. DOI: 10.3221/IGF-ESIS.54.04
  • Strungar E.M., Wildemann V.E., Lobanov D.S. Application of the digital image correlation method for the solution of fiber optical technologies problems // AIP Conference Proceedings. 28TH Russian conference on mathematical modelling in natural sciences. – 2020. – Vol. 2216. – Р. 080006. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0003551
  • Comprehensive analysis of mechanical behavior and fracture processes of specimens of three-dimensional reinforced carbon fiber in tensile tests / T.V. Tretyakova, A.N. Dushko, E.M. Strungar, E.M. Zubova, D.S. Lobanov // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2019. – № 1. – P. 173–183. DOI: 10.15593/perm.mech/2019.1.15
  • High-temperature strain field measurement using digital image correlation / B.M.B. Grant, H.J. Stone, P.J. Withers, M. Preuss // J Strain Anal Eng Des. – 2009. – Vol. 44 (4). – Р. 263e71.
  • High-temperature digital image correlation method for fullfield deformation measurement captured with fil- ters at 2600 °C using spraying to form speckle patterns / X. Guo, J. Liang, Z. Tang, B. Cao, M. Yu // Opt Eng. – 2014. – Vol. 53 (6). – Р. 1e12.
  • Vieille B., Albouy W., Taleb L. Viscoelastic viscoplastic model for aeronautical thermoplastic laminates at high temperature: Validation on high stress gradient structures // Composites Part B: Engineering. – 2016. – Vol. 90. – P. 278–286.
  • Influence of matrix nature on the post-fire mechanical behavior of notched polymer-based composite structures for high temperature applications / B. Vieille, A. Coppalle, Y. Carpier, M.A. Maaroufi, F. Barbe // Composites Part B: Engineering. – 2016. – Vol. 100. – P. 114–124.
  • Determining the tensile response of materials at high temperature using crossmark DIC and the Virtual Fields Method / Guillermo Valeri, Behrad Koohbor, Addis Kidane, Michael A. Sutton // Optics and Lasers in Engineering. – 2017. – Vol. 91. – Р. 53–61.
  • Vieille B., Aucher J., Taleb L. About the influence of temperature and matrix ductility on the behaviour of carbon woven-ply PPS or epoxy laminates: notched and unnotched laminates // Compos Sci Technol. – 2010. – Vol. 71. – Р. 998e1007.
  • Pierron F., Sutton M.A., Tiwari V. Ultra high speed DIC and virtual fields method analysis of a three point bending impact test on an aluminum bar // Exp Mech. – 2011. – Vol. 51 (4). – Р. 537–63.
  • Strungar,E., Lobanov,D., Wildemann, V. Evaluation of the Sensitivity of Various Reinforcement Patterns for Structural Carbon Fibers to Open Holes during Tensile Tests. Polymers. – 2021. – Vol. 13. – Р. 4287. DOI: https:// doi.org/10.3390/polym13244287.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp